Fire terminale perovskite-silicium PV-tandem-enheder nåede 30 % effektivitet

TNO, TU Eindhoven, imec og TU Delft, partnere i Solliance, gik sammen for yderligere at skubbe konverteringseffektiviteten af ​​tandemsolceller til ud over grænserne for nutidens kommercielle fotovoltaiske (PV) moduler. For første gang passerede fire-terminale perovskite/silicium tandem-enheder med en certificeret topcelle barrieren på 30 %. En så høj effektivitet muliggør mere strøm pr. kvadratmeter og færre omkostninger pr. kWh. Resultatet præsenteres under den 8. Verdenskonference om Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-8) i Milano, og det er opnået ved at kombinere den nye perovskit-solcelle med konventionelle siliciumsolcelleteknologier. Perovskitcellen, som har gennemsigtige kontakter og er en del af tandemstakken, er blevet uafhængigt certificeret.

Derudover vil opnåelse af høj effekttæthed skabe flere muligheder for at integrere disse solceller i konstruktions- og bygningselementer, så mere eksisterende overfladeareal kan dækkes med PV-moduler. At bryde 30 % barrieren er derfor et stort skridt i at accelerere energiomstillingen og forbedre energisikkerheden ved at reducere afhængigheden af ​​fossile brændstoffer.

Det bedste fra begge verdener

Tandem-enheder kan nå højere effektivitet end solceller med enkelt kryds på grund af en bedre udnyttelse af solspektret. De aktuelt nye tandems kombinerer kommerciel siliciumteknologi til bundenheden med perovskite-teknologi:sidstnævnte byder på højeffektiv konvertering af ultraviolet og synligt lys og fremragende gennemsigtighed til nær infrarødt lys.

I fire-terminal (4T) tandem-enheder fungerer top- og bundcellerne uafhængigt af hinanden, hvilket gør det muligt at anvende forskellige bundceller i denne type enheder. Kommerciel PERC-teknologi såvel som premium-teknologier som heterojunction eller TOPCon eller tyndfilmsteknologi som CIGS kan implementeres i en 4T tandem-enhed med næsten ingen modifikationer af solcellerne. Ydermere gør den fire-terminale arkitektur det ligetil at implementere bifacial tandem for yderligere at booste energiudbyttet.

Forskere fra Holland og Belgien har med succes forbedret effektiviteten af ​​de semi-transparente perovskitceller op til 19,7% med et areal på 3x3 mm2 som certificeret af ESTI (Italien). "Denne type solcelle har en meget gennemsigtig bagkontakt, der tillader over 93% af det nær-infrarøde lys at nå bunden af ​​enheden. Denne ydeevne blev opnået ved at optimere alle lag af de semi-transparente perovskit-solceller ved hjælp af avancerede optiske og elektriske simuleringer som en guide til det eksperimentelle arbejde i laboratoriet," siger Dr. Mehrdad Najafi fra TNO.

"Siliconenheden er en 20x20 mm2 bred, heterojunction solcelle med optimeret overfladepassivering, transparente ledende oxider og Cu-belagte frontkontakter til avanceret bærerudvinding" siger Yifeng Zhao, Ph.D. studerende ved TU Delft, hvis resultater for nylig er blevet offentliggjort i Progress in Photovoltaics:Research and Applications . Siliciumenheden, der er optisk stablet under perovskitten, bidrager med 10,4 % effektivitetspoint til den samlede solenergikonvertering.

Tilsammen er 30,1 % konverteringseffektiviteten for disse ikke-områdematchede 4T tandem-enheder, der fungerer uafhængigt. Verdens bedste effektivitet måles i henhold til almindeligt anerkendte procedurer.

Fremtiden for fire terminal tandem PV-moduler

Dette er ikke alt:Kombinationen af ​​denne meget gennemsigtige perovskitcelle med andre siliciumbaserede teknologier, såsom tilbagekontakt (metalomvikling og interdigiterede tilbagekontaktceller) og TOPCon solceller, har også leveret konverteringseffektiviteter, der nærmer sig 30 %. Dette demonstrerer potentialet i meget gennemsigtige perovskit-solceller og deres fleksibilitet, der kan kombineres med allerede kommercialiserede teknologier.

Disse verdens bedste effektivitetsgevinster opnået på et væld af eksisterende teknologier er en yderligere milepæl i retning af industriel implementering. "Nu kender vi ingredienserne og er i stand til at kontrollere de lag, der er nødvendige for at nå over 30 % effektivitet. Når det er kombineret med skalerbarhedsekspertisen og viden indsamlet i de seneste år for at bringe materialer og processer til et stort område, kan vi fokusere med vores industrielle partnere for at bringe denne teknologi med effektiviteter ud over 30 % i masseproduktion" siger prof. Gianluca Coletti, programchef Tandem PV teknologi og anvendelse hos TNO. + Udforsk yderligere

Omarrangering af lagene i solcellemoduler kan hjælpe med at forbedre effektiviteten